CN109505946A - 外花键与内花键的匹配方法及系统 - Google Patents

外花键与内花键的匹配方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种外花键与内花键的匹配方法及系统。其中，该方法包括：选择初始的内/外花键参数，并定义内/外花键的有效啮合长度；根据内/外花键参数、内/外花键的有效啮合长度判断内/外花键的齿面挤压应力和齿根弯曲应力是否满足要求；如果是，则计算或匹配出内/外花键的关键配合参数，并定义所述关键配合参数包括螺旋角初始值；根据内/外花键的关键配合参数计算内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极限值；确定螺旋角初始值是否合理；如果否，则对螺旋角初始值进行修正。本发明的方法，提升了螺旋角选择的合理性，保证外花键与内花键的匹配的准确性。

Description

外花键与内花键的匹配方法及系统
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种外花键与内花键的匹配方法及系 统。
背景技术
车辆中，内外渐开线花键啮合后齿侧存在间隙，在整车动载荷扭矩传递过 程中，为了克服齿侧间隙，驱动轴相对于轮毂轴承会发生旋转角度，即：导致 驱动轴固定轴轴间与轮毂轴承配合面发生粘滞摩擦异响，且增加了花键的磨损， 需要在外花键上增加螺旋角设计，以弥补内外花键齿侧间隙，然而，螺旋角设 计缺乏准确性，在外花键齿槽宽与内花键齿厚极限配合时对齿侧间隙的影响， 导致最大齿厚与最小齿槽宽配合后螺纹露出太短，影响装配。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种外花键与内花键的匹配方法。该 方法消除了设计匹配的盲目性，为设计匹配提供了依据，有效的指导设计开发， 通过对驱动轴的外花键增设螺旋角设计匹配，明确了影响工艺装配和内外花键 过盈量的关键参数，为新产品设计验证提供了改进和优化方向，消除了设计开 发时螺旋角选择的不合理，提高了工作效率，降低了成本。
本发明的第二个目的在于提出一种外花键与内花键的匹配系统。
为了实现上述目的，本发明的第一方面实施例公开了一种外花键与内花键 的匹配方法，包括以下步骤：根据轮毂轴承和驱动轴扭矩强度选择初始的内/ 外花键参数，并定义内/外花键的有效啮合长度；根据所述内/外花键参数、所 述内/外花键的有效啮合长度判断内/外花键的齿面挤压应力和齿根弯曲应力是 否满足要求；如果是，则计算或匹配出所述内/外花键的关键配合参数，并定 义所述关键配合参数包括螺旋角初始值；根据所述内/外花键的关键配合参数 计算内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极限值；根据所述内/外花键配合 时的有效啮合长度的上/下极限值模拟驱动轴与轮毂轴承的装配，以确定所述 螺旋角初始值是否合理；如果否，则对所述螺旋角初始值进行修正。
本发明实施例的外花键与内花键的匹配方法，消除了设计匹配的盲目性， 为设计匹配提供了依据，有效的指导设计开发，通过对驱动轴的外花键增设螺 旋角设计匹配，明确了影响工艺装配和内外花键过盈量的关键参数，为新产品 设计验证提供了改进和优化方向，消除了设计开发时螺旋角选择的不合理，提 高了工作效率，降低了成本。
在一些示例中，所述内/外花键的关键配合参数包括外花键的最大作用齿 厚和最小实际齿厚、内花键的最小作用齿槽宽和最大实际齿槽宽。
在一些示例中，所述根据所述内/外花键的关键配合参数计算内/外花键配 合时的有效啮合长度的上/下极限值，包括：螺旋角初始值取α分，当外花键 最大实际齿厚为Smax时，内花键最小实际齿槽宽Hmin，有效啮合长度的下极限 值Lmin；螺旋角初始值取α分，当外花键最小实际齿厚为Smin时，内花键最大 实际齿槽宽Hmax，有效啮合长度的上极限值Lmax。
在一些示例中，所述根据所述内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极 限值模拟驱动轴与轮毂轴承的装配，以确定所述螺旋角初始值是否合理，包括： 如果装配时螺纹外漏最小长度小于第一预定值，则向小调整螺旋角初始值；如 果装配时螺纹外露最大长度大于第二预定值，则向大调整螺旋角初始值。
在一些示例中，还包括：当装配时螺纹外漏最小长度不小于第一预定值并 且装配时螺纹外露最大长度不大于第二预定值时，对齿厚和齿槽宽的公差进行 缩小修正。
本发明的第二方面的实施例公开了一种外花键与内花键的匹配系统，包括： 参数获取模块，用于根据轮毂轴承和驱动轴扭矩强度选择初始的内/外花键参 数，并定义内/外花键的有效啮合长度；判断模块，用于根据所述内/外花键参 数、所述内/外花键的有效啮合长度判断内/外花键的齿面挤压应力和齿根弯曲 应力是否满足要求；计算模块，用于在所述内/外花键的齿面挤压应力和齿根 弯曲应力满足要求时，计算或匹配出所述内/外花键的关键配合参数，并定义 所述关键配合参数包括螺旋角初始值，并根据所述内/外花键的关键配合参数 计算内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极限值；匹配模块，用于根据所 述内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极限值模拟驱动轴与轮毂轴承的装 配，以确定所述螺旋角初始值是否合理，如果否，则对所述螺旋角初始值进行 修正。
本发明实施例的外花键与内花键的匹配系统，消除了设计匹配的盲目性， 为设计匹配提供了依据，有效的指导设计开发，通过对驱动轴的外花键增设螺 旋角设计匹配，明确了影响工艺装配和内外花键过盈量的关键参数，为新产品 设计验证提供了改进和优化方向，消除了设计开发时螺旋角选择的不合理，提 高了工作效率，降低了成本。
在一些示例中，所述内/外花键的关键配合参数包括外花键的最大作用齿 厚和最小实际齿厚、内花键的最小作用齿槽宽和最大实际齿槽宽。
在一些示例中，所述计算模块用于：螺旋角初始值取α分，当外花键最大 实际齿厚为Smax时，内花键最小实际齿槽宽Hmin，有效啮合长度的下极限值 Lmin；螺旋角初始值取α分，当外花键最小实际齿厚为Smin时，内花键最大实 际齿槽宽Hmax，有效啮合长度的上极限值Lmax。
在一些示例中，所述匹配模块用于：如果装配时螺纹外漏最小长度小于第 一预定值，则向小调整螺旋角初始值；如果装配时螺纹外露最大长度大于第二 预定值，则向大调整螺旋角初始值。
在一些示例中，所述匹配模块还用于：当装配时螺纹外漏最小长度不小于 第一预定值并且装配时螺纹外露最大长度不大于第二预定值时，对齿厚和齿槽 宽的公差进行缩小修正。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描 述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中 将变得明显和容易理解，其中，
图1是根据本发明一个实施例的外花键与内花键的匹配方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的内外渐开线花键齿侧配合图；
图3是根据本发明另一个实施例的内外渐开线花键齿侧配合图；
图4根据本发明另一个实施例的轮毂轴承与驱动轴配合尺寸示意图；
图5是根据本发明一个实施例的外花键与内花键的匹配系统的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自 始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元 件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能 理解为对本发明的限制。
以下结合附图描述根据本发明实施实例的外花键与内花键的匹配方法及 系统。
图1是根据本发明一个实施例的外花键与内花键的匹配方法的流程图。
在以下描述中，外花键与内花键指内外渐开线花键。
如图1所示，根据本发明一个实施例的外花键与内花键的匹配方法，包括 如下步骤：
S101：根据轮毂轴承和驱动轴扭矩强度选择初始的内/外花键参数，并定 义内/外花键的有效啮合长度。
具体地说，如图2所示，内外渐开线花键啮合后齿侧存在间隙，在整车动 载荷扭矩传递过程中，为了克服齿侧间隙，驱动轴相对于轮毂轴承会发生旋转 角度，即使得驱动轴固定轴轴间与轮毂轴承配合面发生粘滞摩擦异响，且增加 了花键的磨损，需要在外花键上增加螺旋角设计，以弥补内外花键齿侧间隙， 同时需要考虑外花键齿槽宽与内花键齿厚极限配合时对齿侧间隙的影响，以预 防最大齿厚与最小齿槽宽配合后螺纹露出太短，影响装配；最小齿厚与最大齿 槽宽配合后弥补齿侧间隙过小螺旋角作用不足。
因此，本发明的实施例中，首先根据轮毂轴承、驱动轴扭矩强度选择初步 的渐开线花键参数，并根据初步定义的内外花键有效啮合长度(即：装配后有 效啮合长度，即设计啮合长度L设计)，具体如图3所示。
S102：根据内/外花键参数、内/外花键的有效啮合长度判断内/外花键的齿 面挤压应力和齿根弯曲应力是否满足要求。
具体地，根据以上参数计算花键的齿面挤压应力和齿根弯曲应力是否满足 设计要求，公式如下：
1)齿面压应力计算如下：
切向力
单位载荷
工作齿高hw＝(Dee-Die)/2；
齿面压应力
在上述公式中：T为计算载荷，单位N·m；D为分度圆直径，单位mm；L 为花键有效啮合长度(数模上测量数值)，单位mm；
2)齿面许用压应力计算如下：
[σH]＝σ/(SH×K1×K2×K3×K4)
式中：σ为材料屈服强度，单位MPa；SH为齿面接触强度的计算安全系数， 取1.25；K1为使用系数，取1.25；K2为齿侧间隙系数，取1.1；K3为分配系数， 取1.2；K4为轴向偏载系数，取1.2；
3)其中，如果σH＜[σH]，则花键压应力合格。
S103：如果是，则计算或匹配出所述内/外花键的关键配合参数，并定义 所述关键配合参数包括螺旋角初始值。例如：根据标准匹配或经验公式计算出 内外花键的关键配合参数。
其中，内/外花键的关键配合参数包括但不限于：外花键的最大作用齿厚 和最小实际齿厚、内花键的最小作用齿槽宽和最大实际齿槽宽。
另外，初步定义外花键需要增加的螺旋角初始值α。
S104：根据内/外花键的关键配合参数计算内/外花键配合时的有效啮合长 度的上/下极限值。
例如：螺旋角初始值取α分，当外花键最大实际齿厚为Smax时，内花键最 小实际齿槽宽Hmin，有效啮合长度的下极限值Lmin；
螺旋角初始值取α分，当外花键最小实际齿厚为Smin时，内花键最大实际 齿槽宽Hmax，有效啮合长度的上极限值Lmax。
具体地说，根据关键配合参数计算初花键配合时有效啮合长度的上下极限 值。
即：外花键螺旋角为α分，花键的啮合长度L＝(轮毂齿槽宽H-球笼花键 齿厚S)/Tanα(α为螺旋角大小)，花键啮合的螺旋角为α分时，当外球笼实际齿 厚为Smin-Smax；轮毂齿槽宽为Hmin-Hmax；具体配合极限方法如下：
(1)螺旋角取α分，当外花键(跨棒距最大时)最大齿厚为Smax，内花 键(跨棒距最小时)最小齿槽宽Hmin，花键的最小啮合长度为Lmin。
(2)螺旋角取α分，当外花键(跨棒距最小时)最小齿厚为Smin，内花 键(跨棒距最大时)最大齿槽宽Hmax，花键的最大啮合长度为Lmax。
S105：根据内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极限值模拟驱动轴与 轮毂轴承的装配，以确定螺旋角初始值是否合理。
其中，如果装配时螺纹外漏最小长度小于第一预定值，则向小调整螺旋角 初始值；如果装配时螺纹外露最大长度大于第二预定值，则向大调整螺旋角初 始值。
作为一个具体的示例，如图4所示，根据以上算出的内外花建理论装配啮 合长度的极限值，进而对驱动轴与轮毂轴承的几何尺寸配合图进行模拟计算， 涉及的关键参数主要有：内外花键理论装配啮合长度L、驱动轴外花键开始啮 合处距离外端螺纹端面的距离Z、内花键开始啮合处至轮毂轴承与驱动轴螺母 配合面距离X、外漏长度M，进而将其尺寸逻辑关系编辑在表中进行计算， 如表1所示：
表1
进而计算初装配过程中外露螺纹的长度的极限值，以便确定设计的可行性。
S106：如果否，则对螺旋角初始值进行修正。
还包括：当装配时螺纹外漏最小长度不小于第一预定值并且装配时螺纹外 露最大长度不大于第二预定值时，对齿厚和齿槽宽的公差进行缩小修正。
具体而言，如果装配时螺纹外漏最小长度过小，会影响驱动轴螺母的装配 困难或者无法装配，需要选择更小的螺旋角值进行验证计算，如果装配时螺纹 外露最大长度过大，就失去增加螺旋角的功能，需要增大螺旋角值；再者，如 果两者均无法满足，需要重新设定花键的有效啮合长度(装配后的有效长度)， 进而代入表中进行验证。
如果以上均不能达到要求可以对内外渐开线花键齿厚和齿槽宽公差进行 适当缩小和修正，使得匹配的结果满足设计要求。
本发明实施例的外花键与内花键的匹配方法，消除了设计匹配的盲目性， 为设计匹配提供了依据，有效的指导设计开发，通过对驱动轴的外花键增设螺 旋角设计匹配，明确了影响工艺装配和内外花键过盈量的关键参数，为新产品 设计验证提供了改进和优化方向，消除了设计开发时螺旋角选择的不合理，提 高了工作效率，降低了成本。
具有以下优先：
弥补了驱动轴的外花键增设螺旋角盲目性，为新产品设计提供了设计计算 依据，确保了产品设计匹配效率，消除了多轮匹配及验证造成的浪费；
明确了螺旋角值匹配、校核过程和方法及影响参数，对设计验证及匹配优 化提供了目标和方向；
通过计算优化关键参数，消除了因螺旋角匹配不合理造成的弊端，消除了 因驱动轴外螺纹外露长度不足引起的装配困难或无法安装的工艺性问题，消除 了因螺旋角值选择过小，失去了弥补间隙的功能，造成整车起步倒车异响问题 发生的频率。
图5是根据本发明一个实施例的外花键与内花键的匹配系统的结构框图。 如图5所示，根据本发明一个实施例的外花键与内花键的匹配系统500，包括： 参数获取模块510、判断模块520、计算模块530和匹配模块540。
其中，参数获取模块510用于根据轮毂轴承和驱动轴扭矩强度选择初始的 内/外花键参数，并定义内/外花键的有效啮合长度。判断模块520用于根据所 述内/外花键参数、所述内/外花键的有效啮合长度判断内/外花键的齿面挤压应 力和齿根弯曲应力是否满足要求。计算模块530用于在所述内/外花键的齿面 挤压应力和齿根弯曲应力满足要求时，计算或匹配出所述内/外花键的关键配 合参数，并定义所述关键配合参数包括螺旋角初始值，并根据所述内/外花键 的关键配合参数计算内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极限值。匹配模 块540用于根据所述内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极限值模拟驱动 轴与轮毂轴承的装配，以确定所述螺旋角初始值是否合理，如果否，则对所述 螺旋角初始值进行修正。
在本发明的一个实施例中，所述内/外花键的关键配合参数包括外花键的 最大作用齿厚和最小实际齿厚、内花键的最小作用齿槽宽和最大实际齿槽宽。
在本发明的一个实施例中，所述计算模块530用于：螺旋角初始值取α分， 当外花键最大实际齿厚为Smax时，内花键最小实际齿槽宽Hmin，有效啮合长度 的下极限值Lmin；螺旋角初始值取α分，当外花键最小实际齿厚为Smin时，内 花键最大实际齿槽宽Hmax，有效啮合长度的上极限值Lmax。
在本发明的一个实施例中，所述匹配模块540用于：如果装配时螺纹外漏 最小长度小于第一预定值，则向小调整螺旋角初始值；如果装配时螺纹外露最 大长度大于第二预定值，则向大调整螺旋角初始值。
在本发明的一个实施例中，所述匹配模块540还用于：当装配时螺纹外漏 最小长度不小于第一预定值并且装配时螺纹外露最大长度不大于第二预定值 时，对齿厚和齿槽宽的公差进行缩小修正。
本发明实施例的外花键与内花键的匹配系统，消除了设计匹配的盲目性， 为设计匹配提供了依据，有效的指导设计开发，通过对驱动轴的外花键增设螺 旋角设计匹配，明确了影响工艺装配和内外花键过盈量的关键参数，为新产品 设计验证提供了改进和优化方向，消除了设计开发时螺旋角选择的不合理，提 高了工作效率，降低了成本。
需要说明的是，根据本发明实施例的外花键与内花键的匹配系统的具体实 现方式与本发明实施例的外花键与内花键的匹配方法的具体实现方式类似，具 体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、 “具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体 特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说 明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且， 描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例 中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解： 在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、 替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种外花键与内花键的匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据轮毂轴承和驱动轴扭矩强度选择初始的内/外花键参数，并定义内/外花键的有效啮合长度；
根据所述内/外花键参数、所述内/外花键的有效啮合长度判断内/外花键的齿面挤压应力和齿根弯曲应力是否满足要求；
如果是，则计算或匹配出所述内/外花键的关键配合参数，并定义所述关键配合参数包括螺旋角初始值；
根据所述内/外花键的关键配合参数计算内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极限值；
根据所述内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极限值模拟驱动轴与轮毂轴承的装配，以确定所述螺旋角初始值是否合理；
如果否，则对所述螺旋角初始值进行修正。
2.根据权利要求1所述的外花键与内花键的匹配方法，其特征在于，所述内/外花键的关键配合参数包括外花键的最大作用齿厚和最小实际齿厚、内花键的最小作用齿槽宽和最大实际齿槽宽。
3.根据权利要求1所述的外花键与内花键的匹配方法，其特征在于，所述根据所述内/外花键的关键配合参数计算内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极限值，包括：
螺旋角初始值取α分，当外花键最大实际齿厚为Smax时，内花键最小实际齿槽宽Hmin，有效啮合长度的下极限值Lmin；
螺旋角初始值取α分，当外花键最小实际齿厚为Smin时，内花键最大实际齿槽宽Hmax，有效啮合长度的上极限值Lmax。
4.根据权利要求1所述的外花键与内花键的匹配方法，其特征在于，所述根据所述内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极限值模拟驱动轴与轮毂轴承的装配，以确定所述螺旋角初始值是否合理，包括：
如果装配时螺纹外漏最小长度小于第一预定值，则向小调整螺旋角初始值；
如果装配时螺纹外露最大长度大于第二预定值，则向大调整螺旋角初始值。
5.根据权利要求1所述的外花键与内花键的匹配方法，其特征在于，还包括：当装配时螺纹外漏最小长度不小于第一预定值并且装配时螺纹外露最大长度不大于第二预定值时，对齿厚和齿槽宽的公差进行缩小修正。
6.一种外花键与内花键的匹配系统，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于根据轮毂轴承和驱动轴扭矩强度选择初始的内/外花键参数，并定义内/外花键的有效啮合长度；
判断模块，用于根据所述内/外花键参数、所述内/外花键的有效啮合长度判断内/外花键的齿面挤压应力和齿根弯曲应力是否满足要求；
计算模块，用于在所述内/外花键的齿面挤压应力和齿根弯曲应力满足要求时，计算或匹配出所述内/外花键的关键配合参数，并定义所述关键配合参数包括螺旋角初始值，并根据所述内/外花键的关键配合参数计算内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极限值；
匹配模块，用于根据所述内/外花键配合时的有效啮合长度的上/下极限值模拟驱动轴与轮毂轴承的装配，以确定所述螺旋角初始值是否合理，如果否，则对所述螺旋角初始值进行修正。
7.根据权利要求6所述的外花键与内花键的匹配方法，其特征在于，所述内/外花键的关键配合参数包括外花键的最大作用齿厚和最小实际齿厚、内花键的最小作用齿槽宽和最大实际齿槽宽。
8.根据权利要求6所述的外花键与内花键的匹配系统，其特征在于，所述计算模块用于：
螺旋角初始值取α分，当外花键最大实际齿厚为Smax时，内花键最小实际齿槽宽Hmin，有效啮合长度的下极限值Lmin；
螺旋角初始值取α分，当外花键最小实际齿厚为Smin时，内花键最大实际齿槽宽Hmax，有效啮合长度的上极限值Lmax。
9.根据权利要求6所述的外花键与内花键的匹配系统，其特征在于，所述匹配模块用于：
如果装配时螺纹外漏最小长度小于第一预定值，则向小调整螺旋角初始值；
如果装配时螺纹外露最大长度大于第二预定值，则向大调整螺旋角初始值。
10.根据权利要求6所述的外花键与内花键的匹配系统，其特征在于，所述匹配模块还用于：
当装配时螺纹外漏最小长度不小于第一预定值并且装配时螺纹外露最大长度不大于第二预定值时，对齿厚和齿槽宽的公差进行缩小修正。
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